Direction de recherche : Laurent-Stéphane DIDIER

Co-encadrement : HILAIRE Thibault

Implémentation optimale de filtre en arithmétique virgule fixe

De nombreux systèmes embarqués implémentent des applications de traitement du signal, notamment lors de communications. Certains de ces traitements sont effectués par des filtres linéaires, qu'il est donc nécessaire de mettre en oeuvre numériquement sur ces cibles. Les systèmes embarqués sont sujets à diverses contraintes qu'il faut optimiser tout en conservant des systèmes fiables en terme de performance et de précision. L'arithmétique virgule fixe est généralement préférée à l'arithmétique flottante pour des systèmes embarqués de traitement du signal, entre autres car elle est moins coûteuse, disponibles dans tous les systèmes, permet d'utiliser des largeurs arbitraires sur des cibles matérielles et est généralement suffisante en terme de précision pour les applications de traitement du signal. Le calcul en virgule fixe nécessite d'aligner les positions des virgules pour ainsi rendre cohérent des calculs à base de nombres entiers. Cela implique des quantifications et l'enjeu est donc de minimiser la répercussion de ces arrondis sur le résultat final, en proposant une garantie sur l'erreur sur la sortie. Une méthodologie a été proposée durant cette thèse qui, à partir d'un algorithme de filtre linéaire, utilise une méthode analytique pour implémenter cet algorithme en virgule fixe et générer du code. Cette méthodologie considère à la fois les implémentations logicielles, et les implémentations matérielles qui impliquent la résolution d'un problème d'optimisation. Un outil, nommé FiPoGen, a été développé pour mettre en oeuvre les méthodes proposées et fournir automatiquement un code virgule fixe implémentant un filtre donné avec garantie sur l'erreur sur la sortie.

Publications 2012-2019

• 2019
  • Th. Hilaire, H. Ouzia, B. Lopez : “Optimal Word-Length Allocation for the Fixed-Point Implementation of Linear Filters and Controllers”, ARITH 2019 - IEEE 26^th Symposium on Computer Arithmetic, Kyoto, Japan, pp. 175-182, (IEEE) (2019)
• 2015
  • B. Lopez : “Implémentation optimale de filtres linéaires en arithmétique virgule fixe: Présentation au séminaire CAIRN, Rennes”, (2015)
• 2014
  • B. Lopez : “Implémentation optimale de filtre en arithmétique virgule fixe”, thèse, soutenance 27/11/2014, direction de recherche Didier, Laurent-Stéphane, co-encadrement : Hilaire, Thibault (2014)
  • B. Lopez, Th. Hilaire, L.‑S. Didier : “Formatting bits to better implement signal processing algorithms”, 4^th international Conference on Pervasive and Embedded Computing and Communication Systems (PECCS), Lisbon, Portugal, pp. 104-111, (ScitePress) (2014)
• 2013
  • Th. Hilaire, B. Lopez : “Reliable implementation of linear filters with fixed-point arithmetic”, Signal Processing Systems (SiPS), Taipei, Taiwan, Province of China, pp. 401-406 (2013)
• 2012
  • B. Lopez, Th. Hilaire, L.‑S. Didier : “Sum-of-products Evaluation Schemes with Fixed-Point arithmetic, and their application to IIR filter implementation”, Conference on Design and Architectures for Signal and Image Processing (DASIP), Karlsruhe, Germany (2012)
  • D. Ménard, R. Rocher, O. Sentieys, N. Simon, L.‑S. Didier, Th. Hilaire, B. Lopez, E. Goubault, S. Putot, F. Vedrine, M. Najahi, G. Revy, L. Fangain, Ch. Samoyeau, F. Lemonnier, Ch. Clienti : “Design of Fixed-Point Embedded Systems (defis) French ANR Project”, DASIP: Design and Architectures for Signal and Image Processing, Karlsruhe, Germany, pp. 365-366 (2012)